可见光通信的研发过程

1. 可见光通信的研发过程

在2000年可见光通信刚刚兴起之时，有限的调制带宽限制了可见光通信的传输速 率，起初仅有几十KB每秒；2010年以后，可见光通信的速率才有了质的提升——2010年，德国弗劳恩霍夫研究所的团队将通信速率提高至 513Mbps创造世界纪录； 2013年，中国复旦大学研发出3.75Gbps离线数据传输的速率，创造世界纪录；同年，英国众多高校的科研人员又把离线速率 刷新到10Gbps。2015年12月，经中国工信部测试认证，中国“可见光通信系统关键技术研究”又获得重大突破，实时通信速率提高至50Gbps，再次展现了中国在可见光领域的先发实力。

2. 可见光无线通信的技术原理

3. 什么样的LED光源才能用作可见光通信

近年来，随着白光发光二极管（LED）技术的大力发展，可见光通信（Visible Light Communication，VLC）成为新一代无线通信技术的研究热点之一。VLC也叫LiFi（Light Fidelity），2011年，来自爱丁堡大学的德国物理学家Hardal Hass教授在TED大会上发表了一个关于LiFi技术的演讲，首次将“VLC”称为“LiFi”。
LiFi是一种基于光（而不是电波）的新兴无线通信技术，结合了光的照明功能和数据通信功能。LiFi是在不影响LED照明的同时，将信号调制在LED光源上，通过快速开关产生人眼无法感知的高频闪烁信号来传送数据。

LiFi的优势
相比于当前主流的WiFi通信技术，LiFi有如下优势：
（1）容量方面，无线电波的频谱很拥挤，而可见光的频谱宽度（约400THz）比无线电波多10000倍；
（2）效率方面，无线电波基站的效率只有5%，大多数能量只是消耗在基站的冷却上，而LiFi的数据可以并行传输，同时提高效率；
（3）实用性方面，无线电波只是在基站中获取，不能在飞机上、手术室或者加油站使用WiFi，而全球的每个灯都可容易地接入LiFi热点；
（4）安全性方面，无线电波很容易被侵入，而可见光不可以穿墙，甚至窗帘，提供了网络的隐私安全。
作为兼顾照明和通信的新技术，LiFi在追求高传输速率的同时，不能影响照明的质量和要求，尤其是在光源的研制上。LiFi的光源既要具备通信光源调制性能好、发射功率大和响应灵敏度高等优点，又要满足照明光源高亮度、低功耗和辐射范围广等特点。

LiFi光源选择
1、LED
     目前LiFi技术采用的光源大多数是白光LED，很大一部分的原因得益于LED技术的快速发展。而白光LED的实现方式主要有：蓝色LED芯片激发黄绿色荧光粉转换成白光（PC-LED）、紫外光或紫外LED激发三原色荧光粉产生白光和红、绿、蓝3种LED芯片封装在一起混合产生白光（RGB-LED）。现阶段商用的白光LED产品根据光谱成分的不同，主要分为两大类：PC-LED和RGB-LED。
LED的调制带宽决定了通信系统的信道容量和传输速率，研究LED器件的调制特性是提升新型LiFi系统性能的关键问题之一。LED调制带宽的定义是当LED输出的交流光功率下降到某一参考频率值的50%时（-3dB）的频率。由于PC-LED的黄色荧光粉光谱部分的光电响应比较滞后，导致LiFi光源的调制带宽限制在几个兆赫兹以内，从而限制了整个系统的通信速率，即使在接收端采用蓝色滤波片也未能明显改善该光源的缺陷。
因此，越来越多的LiFi研究将光源转向RGB LED，它能提供较高的调制带宽，在3种颜色的光波上用波分复用的方式提高信道容量，调制不同的数据并行传输，并在接收端通过各颜色的滤波片分别接收3种颜色，有效提高发送效率。但是RGB-LED中不同颜色的LED对于输出光通有不同的工作温度依赖性，为了实现工作温度独立的色点，需要对每个单色LED的反馈循环和驱动电流进行单独控制，这样对器件的制备带来了较高的成本和复杂的调制电路。LED的调制带宽受响应速率限制，而响应速率又受载流子寿命的影响。除了设计调制电路，降低RC（resistance-times-capacitance）延时之外，常规提高器件调制带宽的方法是增加电子空穴的辐射复合速率，减少载流子自发辐射寿命。
2、LD（激光二极管）
     由于研究人员不满足LED调制达到的数据传输速率，LiFi的首次提出者HardalHass教授用激光二极管替换了现有的LED，利用激光器的高能量与高光效，传输数据的速率可以比LED快10倍。激光照明可以混合不同波长的光产生白色光，类似于RGBLED。虽然基于LED的LiFi可达到10Gb/s的数据传输速率，可以改善WiFi中7Gb/s的数据传输速率上限，但是激光传输数据的速率可以很容易超出100Gb/s。最新的报道显示，美国亚利桑那州立大学电子、计算机和能源工程学院的研发团队研制出纳米级别的白光激光器，其可以更加便利地用作LiFi光源。
在通信方面，激光二极管相比于LED，具有更快的响应速度、可以直接进行调制和耦合效率高等优点。对于普通的电注入式半导体激光器，当注入电流超过某一值时，LD可以发射受输入电流控制的调制光，其调制特性如图5所示，该点电流称为阈值电流，阈值电流以上部分直到饱和区都属于LD的工作区，而调制范围最好在线性区域内进行，所以降低器件的阈值电流，获得较大的调制工作区显得很重要。

LiFi光源的颜色
      与WiFi只是关注通信性能的提升不同，LiFi的照明系统必须要考虑在提升通信性能的同时保证照明的质量。所以LiFi的光源不管是LED还是LD，都是要输出白光，而白光的颜色质量对于照明来说是非常重要的。
      LED灯具颜色特征参数可以由光谱功率分布（SPD）来计算。SPD是相对于光波长的输出强度分布的数学表达，可以提供关于光谱组分的详细信息。在LiFi系统中，随着LED的驱动电流变化，SPD会有偏差。偏差的SPD能导致感知的色点漂移并且会影响颜色的显色特性，而LiFi中的特殊调制技术会更加容易受颜色质量退化的影响。通过用SPD模型测量驱动电流变化带来的SPD偏差，从而可以评价LiFi调制的颜色质量。
      但是用SPD模型表征LiFi的颜色质量有很多缺点：模型中需要大量的拟合参数只能通过LED测试的 经验获得；SPD模型设计是建立在相对静止的条件，不能解释LiFi在高频电流振荡下的情况；很难用一个SPD模型来适用于所有的LED类型，例如不能解释PC-LED中的荧光粉材料产生的额外影响。另一方面可以检测LiFi在工作条件下的实时颜色特性，对于高亮度LED产品，LED的制造商需要提供不同驱动电流和调制频率下的颜色数据，如SPD、颜色坐标和显色指数（CRI）。
因为LiFi在传输数据或者空闲状态时需要提供足够亮度的无闪烁照明服务，所以LiFi设备需要具备闪烁去除和亮度调节的功能。在IEEE发布的IEEEPAR1789《LED照明闪烁的潜在健康影响（草案）》中采用了波动深度对闪烁问题进行评价。而LiFi的光源调制频率至少是每秒数百万次，所以LiFi光源的闪烁是属于无风险级别的。在亮度调节方面，除了OOK（开关键控）和VPPM（可变脉冲位置调制），还有CSK（色漂键控）调节。
      2011年9月，规定了传输速度最高为95Mbit/s的可见光通信国际标准IEEE802.15.7制定完成，而且标准制定委员会的首要任务是推行“照明第一、通信第二”。
标准中的物理层PHYⅠ和Ⅱ分别支持OOK调节与VPPM调节，而物理层PHYⅢ采用CSK调制，支持多光源带宽。将可见光划分为7段光带，用3位bit标识不同的光带ID号，CSK根据光带ID号将数据调制在不同波长的光波上并行传输，提高光谱利用率，通过选择颜色的ID标识改变组合，达到亮度调节的目的。对于LED光源，物理层PHYⅢ仅工作在RGB-LED器件下，并且适合短帧发送，所以采用CSK调节的LiFi光源可以选择RGB-LED或者RGBLD，适合用于室内通信。

LiFi系统的光源布局
      LiFi以其独特的优点可以广泛地应用于：智能照明、车辆交通、医院、办公室、飞机上、国防安全、水下通信、室内定位和危险环境中（如矿井、电厂和加油站等）。尤其是室内定位，美国的ByteLight公司和国内的华策光通信都已经开发出基于白光LED的室内定位系统，能够实现LiFi的单向传输，用于室内的信息推送和定位服务。
      但是室内LiFi系统面临着许多的技术难题，比如在带来安全性的同时如果光线被挡住了，信号就会断掉；LiFi的双向数据传输问题等。HardalHass教授也认为LiFi不会取代WiFi，对于室内通信，LiFi可以作为WiFi的良好补充，只是在某些无线电波受限的场所，LiFi有其不错的应用空间。由于照明和防止阴影效应影响等原因，需要在室内安装多个LED灯，因而光源的合理布局是影响照明和系统性能的关键因素。
      为了满足室内照明的要求，光源的布局不仅要使得室内的照度和照度均匀度满足相应的标准要求，而且要有利于人的活动安全和舒适。光源要选择高光效、合适色温、长寿命和可靠性的产品。室内的照明布局需要考虑基础照明、重点照明、装饰照明和应急照明的要求。
      考虑到LiFi系统中不同路径引起的码间干扰、室内人员走动和物理阴影效应对通信系统的影响，在照顾到重点照明部分的LiFi通信的同时，可以采用OFDM（正交频分复用）方案提高LiFi系统的整体性能和实现带宽资源的有效利用。比如基于PC-LED的LiFi系统，采用OFDM调制技术可以通过滤除响应速度较慢的荧光成分，拓展了调制带宽，还可以对抗多径效应，实现高速数据传播和通信，但是这样的系统是否满足照明的均匀性还尚未得到证实。

4. 为什么说可见光通信技术的室内定位精度高

可见光通信技术是一种利用发光二极管固态光源作为信源，使其在既能够满足基本照明的同时，还能够实现通信的一种绿色通信技术。可见光通信技术受到的多径效应，干扰少，定位精度高。
一、可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。
二、特点 与目前使用的无线局域网(无线LAN)相比，"可见光通信"系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。
三、发展前景 目前室内无线通信能满足要求的最好选择就是白光LED。白光 LED在提供室内照明的同时，被用作通信光源有望实现室内无线高速数据接入。目前，商品化的大功率白光LED功率已经达到5W，发光效率也已经达到90lm/W，其发光效率(流明效率)已经超过白炽灯，接近荧光灯。白光LED的光效超过100lm/W并达到200lm/W(可以完全取代现有的照明设备)在不久的将来即可实现。因而LED照明光通信技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究

5. 可见光Lifi通信的优缺点有哪些?

　　可见光Lifi通信定义：
　　可见光无线通信（称为LiFi——Light Fidelity）是利用快速的光脉冲无线传输信息。根据不同速率在光中编码信息完全可行，例如LED开表示1，关表示0，通过快速开关就能传输信息。
　　可见光Lifi通信优缺点：
　　一、优点：
　　1、与光纤通信拥有同样的优点，高带宽，高速率。
　　2、基于LED的Li-Fi可达到10 Gb/s 的数据传输速率，可以改善Wi-fi7 Gb/s的数据传输速率上限。
　　3、Li-Fi技术带来了极高的安全性，因为可见光只能沿直线传播，因此只有处在光线传播直线上的人才有可能截获信息。
　　二、缺点：
　　1、目前，这种设备目前还非常昂贵，无法普遍使用。
　　2、可见光Lifi通信只能在有光的情况下才能进行。

6. 可见光通信方向美国读博前景怎么样？好留在当地就业吗？通信工程中的光相关是不是都不怎么好？？哪个方面

1、本专业培养具备通信技术、通信系统和通信网等方面的知识，能在通信领域中从事研究、设计、制造、运营及在国民经济各部门和国防工业中从事开发、应用通信技术与设备的高级工程技术人才。 通信工程专业主要为研究信号的产生、信息的传输、交换和处理，以及在计算机通信，数字通信，卫星通信，光纤通信、蜂窝通信、个人通信、平流层通信、多媒体技术、信息高速公路、数字程控交换等方面的理论和工程应用问题。随着19世纪美国人发明电报之日起，现代通信技术就已经产生。为了适应日益发展的技术需要，通信工程专业成为了美国大学教育中的一门学科，并随着现代技术水平的不断提高而得到迅速发展。 2、就业前景: 

1)就业方向： 

　　在通信领域中从事研究、设计、制造、运营及在国民经济各部门和国防工业中从事开发、应用通信技术与设备的高级工程技术。 

2)就业方向职业的岗位职责： 

　　部分毕业生在学校、著名企业就业、航空公司以及通讯公司就业，有将近一半的本科生通过考研继续深造。 

3)就业方向职业的能力素质要求： 

　 研发工程师或高层市场或管理人员.专业能力需要达到要求,需要掌握信号的产生、信息的传输、交换和处理等相关技术,此外还须具备软件开发以及设计的能力. 

4)前景分析: 

　 由通信技术在我国开展虽然较早，但起步较慢，各种设备与发达国家相比还很不完善，相关公司主要集中在沿海地区,国家大力建设通信技术,因此此专业的人才需求量大,特别是3G技术的在我国研发,再一次加大通信技术人员需求量.就业前景比较乐观. 

　 如果从事与通信技术相关的工作，普通的技术研发人员薪水大约3000~4000，大学教师在3000~4000,而高级管理人员年薪可达10万元以上. 

三、就业方向与职业目标的差距 　 中国人口压力大是众所周知的,每年的毕业生,待业人数的数量也是巨大的,这使得此专业的竞争性很强,此外还有相当一部分的公司需要有工作经验的应聘者,这样无形中给就业增加了难度.且现在全球受金融危机的影响,下岗人数大量增加,这样一来此专业的就业前景并不十分乐观. 

四、对策 

　 首先,我将打牢基础,能够很好的掌握基础知识与基础技术,此外,在基础上再进行相关技术与知识的拓展,以使自己的专业能力超过要求. 

　 其次,本科毕业后,准备考研,主体有两个方向,国内知名大学的通信工程,如:北京邮电大学,西安电子科技大学,华中科技大学等. 

　 国外大学:德国的大学.由于德国的通信技术较为成熟,因此如果能够出国进修,也许可以在竞争中成为一种优势. 

　 最后,在合适的工作岗位中,尽量的先挑选一些低薪的工作,作为实习,以求日后有足够的工作经验可以考虑跳槽. 

五、结语 

　 每个专业都有其自身的特点,没有哪个专业是永远的热门,也没有哪个专业会是永远的冷门,无论专业的前景如何,我们首先应当尽全力的完善自己,使自己在竞争中更有优势.其次,以后的就业不一定就是和自己的本专业有关,很多事例都表明好的工作不一定是和自己的专业. 

　　最后,就是要有一个积极的心态,要学会发现机遇,把握机遇,以求成功.